Разработан высокочувствительный сенсор для медицинской диагностики по дыханию
Исследователи преодолели фундаментальное препятствие в создании технологии анализа дыхания для быстрой диагностики пациентов. Новая методика позволяет в реальном времени обнаруживать химические соединения — «биомаркеры» — в выдыхаемом воздухе.
Подход демонстрирует способность детектировать биомаркеры в диапазоне от миллиардных (ppb) до миллионных (ppm) долей, что как минимум в 100 раз чувствительнее предыдущих технологий анализа дыхания.
Технология работает за счет обнаружения изменений электрического сопротивления или проводимости, когда газы проходят над сенсорами, созданными на основе «микрогорелок» — крошечных нагревательных устройств на электронных чипах. Обнаружение биомаркеров дает запись о состоянии здоровья пациента и может указывать на возможное наличие рака и других заболеваний.
В исследовании технология использовалась для обнаружения ацетона (биомаркера диабета) с чувствительностью в диапазоне ppb в газе, имитирующем человеческое дыхание.
Ключевая инновация в материалах: вместо плоской поверхности исследователи использовали шаблон из полимерных микронных частиц, покрытых гораздо более мелкими наночастицами оксида металла. Это увеличивает пористость сенсорных пленок и активную площадь сенсинг-поверхности, что повышает чувствительность.
Капля наночастиц, покрывающих полимерные микронные частицы, наносится на каждую микрогорелку (размером около 100 микрон). После высыхания электроды нагреваются, полимер выжигается, и остается пористая пленка оксида металла, формирующая сенсор. Проходящие через устройство газы проникают в пленку и изменяют ее электрические свойства в зависимости от конкретных биомаркеров.
Практические дыхательные анализаторы на этой основе могут появиться через десять или более лет, отчасти потому, что еще не разработаны точные стандарты для производства таких устройств. Однако возможность работы в режиме реального времени — большой шаг в правильном направлении.
Результаты опубликованы в журнале IEEE Sensors Journal.